Сырьевая смесь и способ изготовления легковесной керамики

 

Изобретение относится к производству поризованных керамических материалов и может быть использовано для изготовления строительных материалов. Сырьевая смесь содержит следующие компоненты, мас.%: закарбонизованный суглинок 75,5...83; уплотненный микрокремнезем 10...15; просыпь от боя угольной футеровки электролизеров 5...7; сульфатное мыло 2...2,5. Способ изготовления легковесной керамики из вышеназванной смеси включает приготовление смеси путем смешивания роторным смесителем глинистого шликера с уплотненным микрокремнеземом, полученным гранулированием при подаче в гранулятор водного раствора 0,8-1 мас.% сульфатного мыла, с последующим введением технической пены, приготовленной путем барботирования воздухом водного раствора 1,2-1,5 мас.% сульфатного мыла; формование, сушку и обжиг при температуре 1000°С. Изобретение позволяет расширить сырьевую базу путем вовлечения закарбонизованного сырья в керамическое производство, снизить среднюю плотность, теплопроводность и материалоемкость изделий. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к производству поризованных керамических изделий и может быть использовано для изготовления строительных материалов.

Наиболее близкой к предлагаемой сырьевой смеси по технической сущности и достигаемому эффекту является сырьевая смесь, включающая, мас.%: микрокремнезем - 70-80, просыпь от боя отработанной угольной футеровки электролизеров - 20-30 [патент РФ 2167125, опубл. 20.05.2001, С 04 В 35/14].

Недостатками указанной смеси являются высокая материалоемкость и средняя плотность изделий, а также ухудшенные теплозащитные свойства материала.

Технический результат - расширение сырьевой базы путем вовлечения закарбонизованного сырья в керамическое производство, снижение средней плотности, теплопроводности и материалоемкости изделий.

Технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления легковесной керамики, включающая микрокремнезем и просыпь от боя отработанной угольной футеровки электролизеров, содержит в качестве микрокремнезема уплотненный микрокремнезем с насыпной плотностью до 500 кг/м³, смесь дополнительно содержит закарбонизованный суглинок с содержанием карбонатов 20...25%, а в качестве порообразующей добавки - сульфатное мыло при следующем соотношении компонентов, мас.%:

закарбонизованный суглинок 75,5...83

уплотненный микрокремнезем 10...15

просыпь от боя угольной

футеровки электролизеров 5...7

сульфатное мыло 2...2,5

Закарбонизованный суглинок Анзебинского месторождения содержит 20...25 мас.% кальцита и доломита и имеет следующий химический состав, мас.%: SiO₂ 54,34; Аl₂О₃ 12,44; TiO₂ 0,71; Fе₂О₃ 3,84; FeO 1,43; CaO 5,84; MgO 5,44; Na₂O 2,0; К₂О 2,66; потери при прокаливании 10,36.

Микрокремнезем является ультрадисперсным отходом производства кристаллического кремния с высокой удельной поверхностью 25...34 м²/г и низкой насыпной плотностью 150...250 кг/м³. Химический состав микрокремнезема, мас.%: SiO₂ 86...93; Fe₂O₃ 0,14...1,28; MgO 1,03...1,2; Na₂O 0,39...0,46; К₂O 0,28...0,42; Аl₂О₃ 0,7...1,05; CaO 0,26...0,44; потери при прокаливании 3,7...5,29. В связи с низкой насыпной плотностью микрокремнезем уплотняется для сокращения транспортных расходов и снижения пыления.

Просыпь от боя отработанной угольной футеровки электролизеров является мелкозернистым отходом, который накапливается при дроблении демонтированной отработанной угольной футеровки электролизного производства алюминия.

Отработанная угольная футеровка электролизеров образуется при капитальном ремонте электролизеров. После дробления и грохочения крупные куски отработанной угольной футеровки утилизируются в металлургическом производстве, а просыпь от дробления (менее 5 мм) не находит себе какого-либо применения и вывозится в отвал.

Просыпь от боя отработанной угольной футеровки электролизеров имеет следующий химический состав, мас.%: SiO₂ 22,4; Аl₂O₃ 15,01; Fe₂O₃ 2,05; CaO 2,6; MgO 1,58; F до 15; Na⁺ до 15; С до 67. Преобладающий размер частиц (более 90%) - до 1,25 мм. Насыпная плотность - 760 кг/м³.

Сульфатное мыло - побочный продукт сульфатно-целлюлозного производства. Сульфатное мыло содержит (ТУ 13-0281078-28-118-88), мас.%: жирные, смоляные кислоты и неомыляемые вещества - не менее 40-45; вода - не более 35-50; общая щелочь в пересчете на NaOH - не более 9. Мыло загрязнено лигнином, таннидами и красящими веществами, а также минеральными компонентами. Сульфатное мыло представляет собой мазеобразный продукт от темно-желтого до темно-коричневого цвета, снимаемый с поверхности черных щелоков при варке целлюлозы из хвойных и лиственных пород древесины.

Ввод микрокремнезема и просыпи от боя угольной футеровки электролизеров обеспечивает обогащение смеси аморфизированной и легкоплавкой составляющими, что способствует раннему накоплению расплава и минералообразованию. Выгорание органики, содержащейся в этих добавках, интенсифицирует протекание окислительно-восстановительных процессов при обжиге и дополнительно поризует черепок.

Сульфатное мыло обеспечивает получение развитой, дифференцированной по размеру пористости, образующей ячеистую структуру черепка.

Наиболее близок к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому эффекту способ, включающий приготовление смеси, формование, сушку и обжиг [патент РФ №2167125, опубл. 20.05.2001, С 04 В 35/14].

Недостатками указанного способа являются высокие показатели средней плотности, теплопроводности и материалоемкости изделий.

Технический результат - снижение средней плотности, теплопроводности и материалоемкости изделий.

Технический результат достигается тем, что при использовании сырьевой смеси по п.1 микрокремнезем уплотняют гранулированием при подаче в гранулятор водного раствора 0,8-1 мас.% сульфатного мыла, затем уплотненный микрокремнезем смешивают роторным смесителем с глинистым шликером, приготовленным из закарбонизованного суглинка и воды, после чего производят ввод 1,2-1,5 мас.% сульфатного мыла в виде технической пены, полученной барботажем воздухом водного раствора сульфатного мыла.

Поэтапный ввод сульфатного мыла обеспечивает комбинированное порообразование путем сочетания воздухововлечения и пенообразования. Воздухововлечение происходит при перемешивании глинистого шликера и микрокремнезема, гранулированного с добавкой части сульфатного мыла, вследствие действия поверхностно-активных свойств солей жирных и смоляных кислот сульфатного мыла. Ввод остального количества сульфатного мыла в виде технической пены формирует крупную пористость в мелкопористой массе, полученной вследствие воздухововлечения.

Пример

Изготовление материала осуществляется следующим образом. Микрокремнезем уплотняют гранулированием при подаче в гранулятор водного раствора сульфатного мыла. Гранулированный микрокремнезем смешивают роторным смесителем с глинистым шликером, приготовленным из закарбонизованного суглинка и воды. В полученную мелкопористую массу вводят техническую пену, изготовленную путем барботирования воздухом водного раствора сульфатного мыла.

Формование производят путем заливки пеномассы в смазанные формы. Высушенный при 60-80°С полуфабрикат обжигают при 1000°С.

Рецептуры смесей и физико-механические характеристики изделий на их основе представлены в табл. 1 и 2.

Формула изобретения

1. Сырьевая смесь для изготовления легковесной керамики, включающая глинистое сырье, отощающую и порообразующую добавки, отличающаяся тем, что в качестве глинистого сырья используют закарбонизованный суглинок с содержанием карбонатов 20...25% и уплотненный микрокремнезем с насыпной плотностью до 500 кг/м³, в качестве отощающей добавки - просыпь от боя угольной футеровки электролизеров, в качестве порообразующей добавки - сульфатное мыло при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Закарбонизованный суглинок 75,5...83

Уплотненный микрокремнезем 10...15

Просыпь от боя угольной футеровки электролизеров 5...7

Сульфатное мыло 2...2,5

2. Способ изготовления легковесной керамики из сырьевой смеси, содержащей микрокремнезем и просыпь от боя отработанной угольной футеровки электролизеров, включающий приготовление смеси, формование, сушку и обжиг, отличающийся тем, что при использовании смеси по п.1 микрокремнезем уплотняют гранулированием при подаче в гранулятор водного раствора 0,8-1 мас.% сульфатного мыла, затем уплотненный микрокремнезем смешивают роторным смесителем с глинистым шликером, приготовленным из закарбонизованного суглинка и воды, после чего производят ввод 1,2-1,5 мас.% сульфатного мыла в виде технической пены, полученной барботажем воздухом водного раствора сульфатного мыла.